(57)【要約】      （修正有）【課題】湿潤時に生じる寸法変化を、内部で緩和することが可能な燃料電池用積層電解質膜を提供する。【解決手段】複数の固体高分子電解質膜が積層された燃料電池用積層電解質膜であって、湿潤時に、隣接する上記固体高分子電解質膜が、互いに他の上記固体高分子電解質膜の寸法変化を抑制するように積層された燃料電池用積層電解質膜であって、上記固体高分子電解質膜は１軸延伸電解質膜１の場合には、延伸方向が交差するように積層される。【選択図】図１
2007066651.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の固体高分子電解質膜が積層された燃料電池用積層電解質膜であって、湿潤時に、隣接する前記固体高分子電解質膜が、互いに他の前記固体高分子電解質膜の寸法変化を抑制するように積層されたことを特徴とする燃料電池用積層電解質膜。
【請求項２】
前記固体高分子電解質膜が１軸延伸電解質膜であり、前記１軸延伸電解質膜の延伸方向が交差するように積層されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用積層電解質膜。
【請求項３】
前記固体高分子電解質膜が２軸延伸電解質膜および無延伸電解質膜であり、前記２軸延伸電解質膜と前記無延伸電解質膜とが交互に積層されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用積層電解質膜。
【請求項４】
前記無延伸電解質膜が、最表面となるように積層されたことを特徴とする請求項３に記載の燃料電池用積層電解質膜。
【請求項５】
前記固体高分子電解質膜が、パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜であり、前記パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜が交差するように積層されたことを特徴とする請求項１に記載の燃料電池用積層電解質膜。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の固体高分子電解質膜が積層された燃料電池用積層電解質膜であって、湿潤時に固体高分子電解質膜が寸法変化を起こした際に、隣接する他の固体高分子電解質膜の寸法変化を抑制することにより、互いに寸法変化を打ち消し合う燃料電池用積層電解質膜に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
固体高分子電解質型燃料電池（以下、単に燃料電池と称する場合がある。）の最小発電単位である単位セルは、一般に、固体電解質膜の両側に触媒電極層（アノード側触媒電極層およびカソード側触媒電極層）が接合された膜電極複合体と、この膜電極複合体の両側に配置されたガス拡散層と、このガス拡散層の外側に配置されたセパレータとを有するものである。燃料電池は、水素および酸素を使用して電気化学反応により発電する電池であり、水以外の反応生成物が生成せず、クリーンな発電装置として注目されている。
【０００３】
現在、燃料電池の主要構成部品である固体高分子電解質膜として、デュポン株式会社のＮａｆｉｏｎ（商品名）に代表されるフッ素系電解質、あるいは炭化水素系電解質膜等が用いられている。しかしながら、このような固体電解質膜は、高いプロトン伝導性が要求されるため、通常、スルホン酸基等のプロトン伝導基を豊富に含むものであり、燃料電池の電気化学反応により生じる水等の水分により、膨潤し易いという性質があった。そのため、燃料電池の運転・停止に伴って固体電解質膜が膨潤収縮を繰り返すことにより、固体電解質膜が破断したり、固体電解質膜が触媒電極層と剥離する等の問題があった。
【０００４】
このような問題に対して、特許文献１においては、水による膨潤の大きな炭化水素系膜の両側に、水による膨潤の小さなフッ素系膜を配設した燃料電池用電解質膜が開示されている。しかしながら、特許文献１においては、ともに水により膨潤する電解質膜のみを使用するため、膨潤により触媒電極層との剥離が発生する虞があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２００４−２２０９９５公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、湿潤時に生じる寸法変化を、内部で緩和することが可能な燃料電池用積層電解質膜を提供することを主目的とするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するために、本発明においては、複数の固体高分子電解質膜が積層された燃料電池用積層電解質膜であって、湿潤時に、隣接する上記固体高分子電解質膜が、互いに他の上記固体高分子電解質膜の寸法変化を抑制するように積層されたことを特徴とする燃料電池用積層電解質膜を提供する。
【０００８】
本発明によれば、湿潤時に、膨潤または収縮といった寸法変化を起こす固体高分子電解質膜を、互いの寸法変化を打ち消すように積層させることによって、全体として、湿潤時に生じる寸法変化が小さい積層電解質膜とすることができる。
【０００９】
また、上記発明においては、上記固体高分子電解質膜が１軸延伸電解質膜であり、上記１軸延伸電解質膜の延伸方向が交差するように積層されたことが好ましい。上記１軸延伸電解質膜を交差するように積層させることによって、湿潤時における積層電解質膜全体の寸法変化を小さくすることができるからである。
【００１０】
また、上記発明においては、上記固体高分子電解質膜が２軸延伸電解質膜および無延伸電解質膜であり、上記２軸延伸電解質膜と上記無延伸電解質膜とが交互に積層されたことが好ましい。上記２軸延伸電解質膜と上記無延伸電解質膜とを交互に積層させることによって、湿潤時における積層電解質膜全体の寸法変化を小さくすることができるからである。
【００１１】
また、上記発明においては、上記無延伸電解質膜が、最表面となるように積層されたことが好ましい。機械強度に優れた積層電解質膜を得ることができるからである。
【００１２】
また、上記発明においては、上記固体高分子電解質膜が、パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜であり、上記パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜が交差するように積層されたことが好ましい。上記パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜が交差するように積層されることによって、湿潤時における積層電解質膜全体の寸法変化を小さくすることができるからである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の燃料電池用積層電解質膜においては、湿潤時に生じる寸法変化を、内部で緩和することができ、積層電解質膜の破断や剥離を抑制することができるという効果を奏する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
本発明の燃料電池用積層電解質膜（単に、積層電解質膜という場合がある。）について、以下詳細に説明する。
【００１５】
本発明の燃料電池用積層電解質膜は、複数の固体高分子電解質膜が積層された燃料電池用積層電解質膜であって、湿潤時に、隣接する上記固体高分子電解質膜が、互いに他の上記固体高分子電解質膜の寸法変化を抑制するように積層されたことを特徴とするものである。
【００１６】
本発明によれば、湿潤時に、膨潤または収縮といった寸法変化を起こす固体高分子電解質膜を、互いの寸法変化を打ち消すように積層させることによって、全体として、湿潤時に生じる寸法変化が小さい積層電解質膜とすることができる。本発明の積層電解質膜を燃料電池に用いた場合、湿潤時の寸法変化が小さいことから、積層電解質膜の破断や積層電解質膜と触媒電極層との剥離が生じ難くなり、耐久性等に優れた燃料電池を得ることができる。
【００１７】
また、本発明の燃料電池用積層電解質膜は、湿潤時に、隣接する上記固体高分子電解質膜が、互いに他の上記固体高分子電解質膜の寸法変化を抑制するように積層されたものであれば、特に限定されるものではないが、具体的には、以下の態様の積層電解質膜であることが好ましい。すなわち、上記固体高分子電解質膜が１軸延伸電解質膜であり、上記１軸延伸電解質膜の延伸方向が交差するように積層されたことを特徴とする態様（第一態様）、上記固体高分子電解質膜が２軸延伸電解質膜および無延伸電解質膜であり、上記２軸延伸電解質膜と上記無延伸電解質膜とが交互に積層されたことを特徴とする態様（第二態様）、および上記固体高分子電解質膜が、パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜であり、上記パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜が交差するように積層されたことを特徴とする態様（第三態様）であることが好ましい。
以下、上記３つの態様について詳細に説明する。
【００１８】
１．第一態様
まず、本発明における第一態様の燃料電池用積層電解質膜について説明する。本態様の燃料電池用積層電解質膜は、複数の固体高分子電解質膜が積層された燃料電池用積層電解質膜であって、上記固体高分子電解質膜が１軸延伸電解質膜であり、上記１軸延伸電解質膜の延伸方向が交差するように積層されたことを特徴とするものである。
【００１９】
本態様によれば、上記１軸延伸電解質膜を交差するように積層させることによって、湿潤時における積層電解質膜全体の寸法変化を小さくすることができる。上記１軸延伸電解質膜は湿潤時に、延伸方向に収縮し、延伸方向と直交する方向に膨潤するものである。従って、このような１軸延伸電解質膜の延伸方向を、互いに交差するように積層することによって、隣接する１軸延伸電解質膜が、互いに他の１軸延伸電解質膜の寸法変化を抑制し、全体として寸法変化の小さい積層電解質膜とすることができる。
【００２０】
次に、本態様の積層電解質膜について図面を用いて説明する。本態様の積層電解質膜は、例えば図１に示すように、１軸延伸電解質膜１の延伸方向が互いに交差するように積層されてなるものである。なお、本態様の積層電解質膜は、複数の１軸延伸電解質膜１が直接積層されてなるものであるが、図１においては、便宜上、空間を設けて示している。また、図２および図４においても同様である。
【００２１】
次に、本態様に用いられる１軸延伸電解質膜について説明する。本態様に用いられる１軸延伸電解質膜は、湿潤時に、延伸方向に収縮し、延伸方向と直交する方向に膨潤する性質を有するものである。
【００２２】
本態様に用いられる１軸延伸電解質膜は、通常、無延伸の固体高分子電解質を１軸延伸することにより得られるものである。このような無延伸の固体高分子電解質膜としては、特に限定されるものではないが、例えば、Ｎａｆｉｏｎ（商品名、デュポン株式会社製）に代表されるフッ素系電解質膜、または、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の炭化水素系樹脂にスルホン酸基等のプロトン伝導基を導入した炭化水素系電解質膜等を挙げることができる。
【００２３】
また、本態様に用いられる１軸延伸電解質膜は、上述した無延伸の固体高分子電解質膜を、１０５〜２００％の範囲内、中でも１２０〜１５０％の範囲内で１軸延伸したものであることが好ましい。
【００２４】
また、本態様に用いられる１軸延伸電解質膜は、湿潤時において延伸方向に５〜２０％の範囲内で収縮するものが好ましく、中でも５〜１０％の範囲内で収縮するものがより好ましい。なお、本態様において、上記値の測定は湿潤前後の延伸方向の長さを測定することにより求めることができる。ここで、湿潤前の状態（乾燥状態）とは、電解質膜を８０℃真空下で一晩静置した状態をいい、湿潤後の状態（湿潤状態）とは、８０℃で３０分間、水中で煮た状態をいう。
【００２５】
また、本態様の積層電解質膜は、上記１軸延伸電解質膜の延伸方向が交差するように積層されてなるものである。ここで、「１軸延伸電解質膜の延伸方向が交差する」とは、隣接する２つの１軸延伸電解質膜の延伸方向が同一でないことを意味するものであり、本発明においては、隣接する１軸延伸電解質膜の延伸方向がなす角度のうち、小さい方の角度が１５〜９０°の範囲内、中でも４５〜９０°の範囲内、特に９０°であることが好ましい。すなわち、本発明においては、隣接する１軸延伸電解質膜の延伸方向が直交することが最も好ましい。湿潤時における積層電解質膜の寸法変化を最も小さくすることができるからである。
【００２６】
また、本態様の積層電解質膜は、上記１軸延伸電解質膜を２以上積層したものであれば特に限定されるものではないが、中でも２〜６層積層したもの、特に２〜４層積層したものであることが好ましい。
【００２７】
また、本態様の積層電解質膜全体の膜厚としては、良好なプロトン伝導性を有する積層電解質膜とすることができれば特に限定されるものではないが、具体的には１２〜１２０μｍの範囲内、中でも１５〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲に満たない場合は、充分な機械強度を発揮できず積層電解質膜の破断が生じ易く、上記範囲を超える場合は、燃料電池の発電効率を低下させる可能性があるからである。
【００２８】
また、本態様の積層電解質膜の製造方法としては、湿潤時における寸法変化が小さい積層電解質膜を得ることができる方法であれば、特に限定されるものではないが、例えば、複数の上記１軸延伸電解質膜を、延伸方向が所望の角度になるように積層し、熱圧着する方法等を挙げることができる。
【００２９】
２．第二態様
次に、本発明における第二態様の燃料電池用積層電解質膜について説明する。本態様の燃料電池用積層電解質膜は、複数の固体高分子電解質膜が積層された燃料電池用積層電解質膜であって、上記固体高分子電解質膜が２軸延伸電解質膜および無延伸電解質膜であり、上記２軸延伸電解質膜と上記無延伸電解質膜とが交互に積層されたことを特徴とするものである。
【００３０】
本態様によれば、上記２軸延伸電解質膜と上記無延伸電解質膜とを交互に積層させることによって、湿潤時における積層電解質膜全体の寸法変化を小さくすることができる。上記２軸延伸電解質膜は湿潤時に、両軸方向に収縮するものであり、上記無延伸電解質膜は湿潤時に、全方向に膨潤するものである。従って、このような２軸延伸電解質膜および無延伸電解質膜を交互に積層することによって、２軸延伸電解質膜および無延伸電解質膜が、互いに寸法変化を抑制し、全体として寸法変化の小さい積層電解質膜とすることができる。
【００３１】
次に、本態様の積層電解質膜について図面を用いて説明する。本態様の積層電解質膜は、例えば図２に示すように、２軸延伸電解質膜２と、無延伸電解質膜３とが交互に積層されてなるものである。
【００３２】
次に、本態様に用いられる２軸延伸電解質膜について説明する。本態様に用いられる２軸延伸電解質膜は、湿潤時に、両軸方向に収縮する性質を有するものである。
【００３３】
本態様に用いられる２軸延伸電解質膜は、通常、無延伸の固体高分子電解質を２軸延伸することにより得られるものである。このような無延伸の固体高分子電解質膜としては、上記１軸延伸電解質膜に用いられるものと同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００３４】
また、本態様に用いられる２軸延伸電解質膜は、無延伸の固体高分子電解質膜を、１０５〜２００％の範囲内、中でも１２０〜１５０％の範囲内で各軸方向に２軸延伸したものであることが好ましい。
【００３５】
また、本態様に用いられる２軸延伸電解質膜は、湿潤時において各軸方向にそれぞれ５〜２０％の範囲内で収縮するものが好ましく、中でも５〜１０％の範囲内で収縮するものがより好ましい。なお、上記値の測定は、第一態様と同様に行った。また、本態様においては、上記２軸延伸電解質膜における各軸方向の収縮率は、互いに同じであっても良く、異なるものであっても良いが、中でも各軸方向の収縮率が同じであることが好ましい。両軸が均等に収縮することにより、均一に無延伸電解質膜の寸法変化を打ち消すことができるからである。また、各軸方向の収縮率の異なる２軸延伸電解質膜を用いる場合は、例えば、無延伸電解質膜の両側に２軸延伸電解質膜を配置する際に、収縮率の高い軸方向を互いに直交させることにより、積層電解質膜全体の寸法変化を効果的に抑制することができる。また、各軸方向の収縮率は、上記の無延伸の固体高分子電解質膜を延伸する割合を調節することにより、所望の値にすることができる。
【００３６】
一方、本態様に用いられる無延伸電解質膜は、上述した無延伸の固体高分子電解質膜をそのまま用いることができる。本態様に用いられる無延伸電解質膜は、湿潤時に、全方向に膨潤する性質を有するものである。
【００３７】
また、本態様の積層電解質膜は、上記２軸延伸電解質膜および上記無延伸電解質膜が交互に積層されてなるものである。本態様の積層電解質膜は、上記２軸延伸電解質膜および上記無延伸電解質膜を交互に積層したものであれば特に限定されるものではないが、中でも３〜７層構造であるもの、特に３〜５層構造であるものが好ましい。さらに、本態様の積層電解質膜は、上記無延伸電解質膜が最表面となるように積層されたものであることが好ましい。機械強度に優れた積層電解質膜を得ることができるからである。この現象は、湿潤時に、最表面の無延伸電解質膜は膨潤し、その内部の２軸延伸電解質膜が収縮することにより、互いに力が逆方向に働いていることに起因すると考えられ、いわゆる圧縮ガラスに用いられている原理と同様の原理によるものと考えられる。
【００３８】
また、本態様の積層電解質膜全体の膜厚としては、良好なプロトン伝導性を有する積層電解質膜とすることができれば特に限定されるものではないが、具体的には１２〜１２０μｍの範囲内、中でも１５〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲に満たない場合は、充分な機械強度を発揮できず積層電解質膜の破断が生じ易く、上記範囲を超える場合は、燃料電池の発電効率を低下させる可能性があるからである。
【００３９】
また、本態様の積層電解質膜の製造方法としては、上述した第一態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００４０】
３．第三態様
次に、本発明における第三態様の燃料電池用積層電解質膜について説明する。本態様の燃料電池用積層電解質膜は、複数の固体高分子電解質膜が積層された燃料電池用積層電解質膜であって、上記固体高分子電解質膜が、パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜であり、上記パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜が交差するように積層されたことを特徴とするものである。
【００４１】
本態様によれば、上記パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜が交差するように積層さることによって、湿潤時における積層電解質膜全体の寸法変化を小さくすることができる。上記パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜のうち、プロトン伝導基を有する部分は湿潤時に膨潤し、プロトン伝導基を有しない部分は通常、湿潤時に変化しない。本態様によれば、プロトン伝導基のパターン形状を適宜選択することにより、例えば、湿潤時に、Ｘ方向には膨潤するが、Ｙ方向には膨潤しない電解質膜を得ることができ、このような特性を有する電解質膜を互いに交差するように積層することによって、隣接する上記電解質膜が、互いに他の上記電解質膜の寸法変化を抑制し、全体として寸法変化の小さい積層電解質膜とすることができる。
【００４２】
次に、上記パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜について図面を用いて説明する。このような電解質膜としては、例えば図３に示すように、縞状にスルホン化された領域４と、スルホン化されていない領域５とを有する電解質膜６を挙げることができる。上記縞状にスルホン化された電解質膜６は、湿潤時に、スルホン化された領域４が膨潤することによりＸ方向には膨潤するが、Ｙ方向には膨潤しない。本態様の積層電解質膜は、例えば図４に示すように、パターン状にスルホン化された電解質膜６が互いに交差するように積層されてなるものである。
【００４３】
次に、上記パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜について説明する。このような電解質膜は、通常、プロトン伝導基を有しないベースフィルムに対して、プロトン伝導基をパターン状に導入することにより得られるものである。
【００４４】
上記プロトン伝導基としては、特に限定されるものではないが、具体的には、スルホン酸基、カルボキシル基、ホスファイト基、ホスホン酸基、ヒドロキシル基等を挙げることができ、中でもスルホン酸基が好ましい。プロトン伝導性に優れているからである。
【００４５】
また、上記ベースフィルムとしては、パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜を形成することができるものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、炭化水素系材料を挙げることができる。具体的には、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）、ポリフェニレンオキサイド樹脂（ＰＰＯ）、ポリベンゾイミダゾール樹脂（ＰＢＩ）等を挙げることができ、中でもポリフェニレンサルファイド樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂が好ましく、特にポリフェニレンサルファイド樹脂がより好ましい。
【００４６】
また、上記ベースフィルムに形成されるプロトン伝導基のパターンは、得られる電解質膜が湿潤時に、膨潤する方向と膨潤しない方向とを有するように形成されることが好ましい。上記パターンの形状としては、特に限定されるものではないが、例えば、図５（ａ）〜（ｃ）に示すようなパターン（プロトン伝導基のパターン７）等を挙げることができる。中でも、本態様においては、図５（ａ）に示すような縞状のパターンであることが好ましい。
【００４７】
また、上記パターンが、ベースフィルムに占める割合としては、所望の積層電解質膜を得ることができるものであれば特に限定されるものではないが、具体的には５０〜９０％の範囲内、中でも６０〜８０％の範囲内であることが好ましい。上記範囲に満たない場合は、積層電解質膜が充分なプロトン伝導性を有さず燃料電池の発電効率が低下する可能性があり、上記範囲を超える場合は、寸法変化を抑制することが困難になる可能性があるからである。
【００４８】
また、上記パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜が、湿潤時の膨潤により、Ｘ方向には伸張するが、Ｙ方向には伸張しない電解質膜である場合、湿潤時においてＸ方向に５〜２０％の範囲内で伸張するものが好ましく、中でも５〜１０％の範囲内で伸張するものがより好ましい。
【００４９】
また、上記パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜を形成する方法としては、特に限定されるものではないが、例えば、上記ベースフィルムにプロトン伝導基としてスルホン酸基を導入する場合、まず、スルホン酸基を導入しない領域にマスキングを施し、次に、三酸化硫黄溶液等を気化させて得られるＳＯ３ガスを上記ベースフィルムに接触させ、マスキングが施されていない領域にスルホン酸基を導入する方法等を挙げることができる。
【００５０】
また、本態様の積層電解質膜は、上記パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜が交差するように積層されてなるものである。ここで、「パターン状にプロトン伝導基を有する電解質膜が交差する」とは、積層電解質膜の表面を鉛直方向から観察した場合に、上記パターンが完全に一致しない状態を意味するものである。特に、本態様の積層電解質膜が、縞状のパターンを有する場合には、図４に示すように、縞状のパターンが直交するように積層されることが好ましい。湿潤時における積層電解質膜の寸法変化を最も小さくすることができるからである。
【００５１】
また、本態様の積層電解質膜は、上記電解質膜を２以上積層したものであれば特に限定されるものではないが、中でも２〜６層積層したもの、特に２〜４層積層したものであることが好ましい。
【００５２】
また、本態様の積層電解質膜全体の膜厚としては、良好なプロトン伝導性を有する積層電解質膜とすることができれば特に限定されるものではないが、具体的には１２〜１２０μｍの範囲内、中でも１５〜５０μｍの範囲内であることが好ましい。上記範囲に満たない場合は、充分な機械強度を発揮できず積層電解質膜の破断が生じ易く、上記範囲を超える場合は、燃料電池の発電効率を低下させる可能性があるからである。
【００５３】
また、本態様の積層電解質膜の製造方法としては、上述した第一態様と同様であるので、ここでの説明は省略する。
【００５４】
４．その他
本発明の燃料電池用積層電解質膜は、燃料電池の構成する部材である。本発明の燃料電池用積層電解質膜は、燃料電池の作製に際し、その両面に触媒電極層が設置される。上記触媒電極層は、通常、Ｎａｆｉｏｎ（商品名、デュポン株式会社製）等の電解質材料と、Ｐｔ等の触媒と、カーボン粉末等の導電性材料とを含有するものである。さらに、上記触媒電極層の外側にガス拡散層およびセパレータが設置され燃料電池が得られる。上記ガス拡散層としては、カーボン繊維等を成型したもの等が用いられ、セパレータはカーボンタイプのもの、金属タイプのもの等が用いられる。
【００５５】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は、例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【実施例】
【００５６】
以下に実施例を示して本発明をさらに具体的に説明する。
［実施例１］
市販されているＮａｆｉｏｎ電解質膜（厚さ５０μｍ、デュポン株式会社製）に対して、温度８０℃の条件下で２００％１軸延伸を行い、１軸延伸電解質膜を得た。上記１軸延伸電解質膜を加湿した結果、延伸方向に２０％収縮し、延伸方向と直交する方向に１５％膨潤するものであった。
次に、上記１軸延伸電解質膜を、５ｃｍ×５ｃｍの大きさにトリミングし、延伸方向が直交するように３枚積層し、熱圧着することによって、積層電解質膜を得た。このようにして得られた積層電解質膜を加湿した結果、積層電解質膜全体としての寸法変化（一辺の長さの変化）は、５％であった。
【００５７】
［実施例２］
実施例１で用いたＮａｆｉｏｎ樹脂に対して、温度８０℃の条件下で２００％２軸延伸を行い、２軸延伸電解質膜を得た。上記２軸延伸電解質膜を加湿した結果、軸方向の収縮率は、共に２０％であった。また、実施例１で用いたＮａｆｉｏｎ樹脂を、そのまま無延伸電解質膜とした。
次に、上記２軸延伸電解質膜および無延伸電解質膜を５ｃｍ×５ｃｍの大きさにトリミングし、上記２軸延伸電解質膜の両面に、上記無延伸電解質膜を積層し、熱圧着することによって、積層電解質膜を得た。このようにして得られた積層電解質膜を加湿した結果、積層電解質膜全体としての寸法変化（一辺の長さの変化）は、５％であった。
【００５８】
［実施例３］
市販のポリエーテルスルホン樹脂（ＰＥＳ）に対して、縞状にマスキングを施し、次に、このようなＰＥＳを、セパラブルフラスコに入れ、上記ＰＥＳに接触しないように、三酸化硫黄溶液を滴下漏斗で所定量滴下した。さらに、フラスコの底をオイルバスで７０℃に加熱し、三酸化硫黄溶液を気化させてＳＯ３ガスを発生させ、上記ＰＥＳに１０時間接触させ縞状にスルホン酸基を導入した。
次に、上記縞状にスルホン酸基を有する電解質膜を、５ｃｍ×５ｃｍの大きさにトリミングし、縞状のパターンが直交するように３枚積層し、熱圧着することによって、積層電解質膜を得た。このようにして得られた積層電解質膜を加湿した結果、積層電解質膜全体としての寸法変化（平面視上の面積の減少率）は、３％であった。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の燃料電池用積層電解質膜の一例を示す説明図である。
【図２】本発明の燃料電池用積層電解質膜の他の例を示す説明図である。
【図３】本発明に用いられる固体高分子電解質膜の一例を示す説明図である。
【図４】本発明の燃料電池用積層電解質膜の他の例を示す説明図である。
【図５】固体高分子電解質膜上に形成されるプロトン伝導基のパターンの一例を示す説明図である。
【符号の説明】
【００６０】
１  …  １軸延伸電解質膜
２  …  ２軸延伸電解質膜
３  …  無延伸電解質膜
４  …  スルホン化された領域
５  …  スルホン化されてない領域
６  …  縞状にスルホン化された電解質膜
７  …  プロトン伝導基のパターン
【図１】
2007066651.tif 000003
【図２】
2007066651.tif 000004
【図３】
2007066651.tif 000005
【図４】
2007066651.tif 000006
【図５】
2007066651.tif 000007